JP2006344746A - Nonvolatile semiconductor memory device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor nonvolatile memory device which restrains interference effect between cells and realizes highly reliable high integration, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: The nonvolatile semiconductor memory device consists of a semiconductor substrate 100; a floating gate which is provided to the upper part of the semiconductor substrate via a tunnel insulating film 120 thereon, and consists of a second conductive layer 140 connected to a first conductive layer 130 and an upper part of the first conductive layer; an interelectrode insulating film 150 formed in an upper part of the floating gate; and a control gate 160 formed in an upper part of the interelectrode insulating film. In the second conductive layer 140, both a width in a cross-section along the widthwise direction of the control gate 160, and a width in a cross section along a longitudinal direction of the control gate 160, are narrower than the width of the first conductive layer 130. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置に係り、とくに高密度・高集積化に適したメモリセル構造とその製造方法に関する。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a memory cell structure suitable for high density and high integration and a method for manufacturing the same.

電気的にデータの書き換えが可能で高密度化、大容量化に適した不揮発性半導体記憶装置としてフラッシュメモリが良く知られている。さらなる大容量化を実現するために、メモリセルの微細加工を実現できる微細加工装置によってデザインルールの微細化を推し進め、比例縮小則に則ってデバイス構造を縮小化する方法がとられている。   A flash memory is well known as a nonvolatile semiconductor memory device that can electrically rewrite data and is suitable for high density and large capacity. In order to realize a further increase in capacity, a method of reducing the device structure in accordance with the proportional reduction law is being promoted by promoting the miniaturization of the design rule with a microfabrication apparatus that can realize microfabrication of the memory cell.

しかし、現状特に広く用いられているNAND型フラッシュメモリにおいては、基板上にトンネル絶縁膜を介して浮遊ゲートを有する構造であり、この浮遊ゲート中にFN(Fowler−Nordheim)トンネル現象を用いて電界を注入または引き抜く操作を行うため、ゲート絶縁膜をある膜厚以下に薄膜化することが困難であることが知られている。また、浮遊ゲートと、その上部の制御ゲートの間に備えられる電極間絶縁膜も、電極間絶縁膜容量とトンネル絶縁膜容量の比であるカップリング比を一定以上にするためには、微細化すると寄生容量が増大するために電極間絶縁膜の容量を大きくする必要があるが、電極間絶縁膜の容量を大きくする一つの方法である電極間絶縁膜の薄膜化が困難であることが知られている。これらは、メモリセルのデザインルールが縮小された場合に、トンネル絶縁膜や電極間絶縁膜の膜厚が比例縮小できなくなることを意味している。   However, a NAND flash memory that is currently widely used has a structure in which a floating gate is provided on a substrate via a tunnel insulating film, and an electric field is generated in the floating gate by using an FN (Fowler-Nordheim) tunnel phenomenon. It is known that it is difficult to reduce the thickness of the gate insulating film to a certain thickness or less because of the operation of injecting or extracting. In addition, the interelectrode insulating film provided between the floating gate and the control gate above it is also miniaturized in order to make the coupling ratio, which is the ratio of the interelectrode insulating film capacity and the tunnel insulating film capacity, more than a certain level. Then, since the parasitic capacitance increases, it is necessary to increase the capacitance of the interelectrode insulating film. However, it is known that it is difficult to reduce the thickness of the interelectrode insulating film, which is one method for increasing the capacitance of the interelectrode insulating film. It has been. These mean that when the design rule of the memory cell is reduced, the thickness of the tunnel insulating film and the interelectrode insulating film cannot be reduced proportionally.

カップリング比を一定に維持しようとすると、寄生容量の影響により結果として微細化に対してセルの形状は浮遊ゲートを縦長にして電極間絶縁膜の面積を大きくする必要がでてくる。この場合、微細化によって隣接するセル間の距離が小さくなるのに対し、隣り合うセル間の浮遊ゲートの対向面積が大きくなり、隣接するセル相互の浮遊ゲート間の容量が大きくなる。このため、隣接するメモリセルに蓄積された電荷によるメモリセルトランジスタの閾値の変調であるセル間干渉効果が大きくなり、隣接するメモリセルの閾値が見かけ上変動するという問題が顕著になっている。   If the coupling ratio is to be kept constant, the cell shape needs to increase the area of the inter-electrode insulating film by making the floating gate vertically long with respect to miniaturization due to the influence of parasitic capacitance. In this case, the distance between the adjacent cells is reduced by miniaturization, whereas the opposing area of the floating gate between adjacent cells is increased, and the capacitance between the floating gates of adjacent cells is increased. For this reason, the inter-cell interference effect which is the modulation of the threshold value of the memory cell transistor due to the charge accumulated in the adjacent memory cell becomes large, and the problem that the threshold value of the adjacent memory cell fluctuates apparently becomes significant.

つまり、このセル間干渉効果は微細化するほど大きく、また許容される閾値の分布幅を狭く制御する必要のある多値型のメモリセルにおいてより大きな影響を及ぼすことになる。   In other words, the inter-cell interference effect becomes larger as the size becomes smaller, and it has a larger influence on a multi-value type memory cell that needs to control the distribution width of an allowable threshold value narrowly.

そこで、フラッシュメモリの浮遊ゲートを二層に分けて成膜し、一層目の浮遊ゲートの形成後に素子分離領域を形成し、続いて二層目の浮遊ゲートを形成する工程において、一層目の浮遊ゲートである多結晶シリコン上にのみ二層目の浮遊ゲートである多結晶シリコン層を自己整合的にかつ選択的に堆積させる方法が提案されている。(例えば特許文献1参照。)。   Therefore, in the process of forming the floating gate of the flash memory in two layers, forming the element isolation region after forming the first floating gate, and subsequently forming the second floating gate, the first floating gate is formed. A method has been proposed in which a polycrystalline silicon layer, which is a second floating gate, is deposited only on the polycrystalline silicon, which is a gate, in a self-aligning manner and selectively. (For example, refer to Patent Document 1).

この提案方法を用い、二層目の多結晶シリコン層を素子分離絶縁膜上に横方向に成長させることにより、浮遊ゲート幅をトンネル絶縁膜の幅よりも広くし、電極間絶縁膜の面積を大きくして結果的にカップリング比を大きくすることが可能となるが、この提案方法は隣り合う二層目の浮遊ゲートがより近接するために微細化に対し構造的に囲う困難度が増大する問題がありセルの微細化には不向きである。   Using this proposed method, the second polycrystalline silicon layer is grown laterally on the element isolation insulating film, thereby making the floating gate width wider than the tunnel insulating film and reducing the area of the interelectrode insulating film. Although it is possible to increase the coupling ratio as a result, the proposed method increases the difficulty of structurally enclosing the miniaturization because the adjacent floating gates in the second layer are closer to each other. There is a problem and it is not suitable for cell miniaturization.

一方、従来のCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて二層からなる浮遊ゲートの二層目のシリコン層のゲート幅を一層目のシリコン層よりも小さくする方法が提案されている(例えば特許文献2参照。)。   On the other hand, a method has been proposed in which the gate width of the second silicon layer of the floating gate composed of two layers is made smaller than that of the first silicon layer by using a conventional CVD (Chemical Vapor Deposition) method (for example, Patent Documents). 2).

しかし、この提案方法では埋め込み溝が深くなるとCVD法による埋め込み性能による限界があり、そのためCVDによって形成される二層目のシリコンのゲート幅が小さいことにより、埋め込み限界のために溝を深くすることができず電極間絶縁膜の面積による容量を稼ぐことができないため、カップリング比も小さくなってしまうという問題があった。
特開2004−22819号公報 特開2001−284556号公報
However, in this proposed method, if the buried groove becomes deep, there is a limit due to the filling performance by the CVD method. Therefore, the gate width of the second layer silicon formed by CVD is small, so that the groove is deepened due to the filling limit. In other words, the capacity due to the area of the interelectrode insulating film cannot be obtained, and the coupling ratio is reduced.
JP 2004-22819 A JP 2001-284556 A

本発明は、セル間干渉効果を抑制した、信頼性の高い高集積化可能な不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a highly reliable non-volatile semiconductor memory device that suppresses the inter-cell interference effect and a manufacturing method thereof.

本発明の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板上にトンネル絶縁膜を介してその上部に備えられ、第一の導電層と前記第一の導電層の上部に接続された第二の導電層からなる浮遊ゲートと、前記浮遊ゲートの上部に形成された電極間絶縁膜と、前記電極間絶縁膜の上部に形成された制御ゲートからなり、前記第二の導電層は、制御ゲート幅方向に沿った断面における幅も、制御ゲート長方向に沿った断面における幅も前記第一の導電層の幅よりも狭いことを特徴としている。   One embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate and a second conductive layer provided on the semiconductor substrate via a tunnel insulating film and connected to the first conductive layer and the upper portion of the first conductive layer. A floating gate comprising a layer, an interelectrode insulating film formed on the floating gate, and a control gate formed on the interelectrode insulating film, wherein the second conductive layer has a control gate width direction. The width in the cross section along the control gate and the width in the cross section along the control gate length direction are narrower than the width of the first conductive layer.

また、本発明の一態様は、半導体の基板上にトンネル絶縁膜、第一の導電層、およびマスク層を順に形成する工程と、前記基板上の一部領域にある前記マスク層、前記第一の導電層、前記トンネル絶縁膜および前記基板の一部を順次除去してトレンチ溝を形成する工程と、前記トレンチ溝の内部を含んで前記基板に素子分離層を形成する工程と、前記素子分離層の上部に犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜の一部に孔部を形成し、前記第一の導電層の一部を露出する工程と、前記孔部に第二の導電層を選択的に形成する工程と、前記犠牲膜を除去する工程とを備えることを特徴としている。   According to one embodiment of the present invention, a tunnel insulating film, a first conductive layer, and a mask layer are sequentially formed over a semiconductor substrate, the mask layer in the partial region on the substrate, the first Forming a trench groove by sequentially removing a part of the conductive layer, the tunnel insulating film and the substrate, forming an element isolation layer on the substrate including the inside of the trench groove, and the element isolation Forming a sacrificial film over the layer; forming a hole in a part of the sacrificial film; exposing a part of the first conductive layer; and forming a second conductive layer in the hole. The method includes a step of selectively forming and a step of removing the sacrificial film.

本発明の半導体不揮発性記憶装置およびその製造方法によると、セル間干渉効果によるメモリセルトランジスタの閾値変調を抑制した、メモリセル動作に対して信頼性の高い高集積化可能な不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the semiconductor nonvolatile memory device and the manufacturing method thereof of the present invention, the nonvolatile semiconductor memory device capable of high integration with high reliability with respect to the memory cell operation, in which the threshold modulation of the memory cell transistor due to the inter-cell interference effect is suppressed. And a method for manufacturing the same.

以下に本発明による実施例を説明する。   Examples according to the present invention will be described below.

図1から図12を用いて、本発明の実施例1について説明する。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は本実施例によるNANDセル型EEPROMに実施した構成を示す平面図である。EEPROMの中で高集積化が可能なものとして、メモリセルを複数個直列に接続したNANDセル型のEEPROMが知られている。図1において10はメモリセルアレイの一ブロックを示す。   FIG. 1 is a plan view showing a configuration implemented in a NAND cell type EEPROM according to this embodiment. As an EEPROM that can be highly integrated, a NAND cell type EEPROM in which a plurality of memory cells are connected in series is known. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes one block of the memory cell array.

このEEPROMにおいてメモリセル20は半導体の基板にチャネル及びソース拡散層とドレイン拡散層を形成し、さらに、図1に示すように複数個のメモリセルが隣接するもの同士でそのソース・ドレイン拡散層を共有する形で直列接続されてNANDストリングを形成する。NANDストリングの一端側のドレイン拡散層は、選択ゲートSGを介してビット線BLに接続され、多端側のソース拡散層は選択ゲートSGを介して共有のソース線SLに接続される。各メモリセルの制御ゲートCGは行方向に連続的に配設されてワード線WLとなる。そして、このようなメモリセルが複数個マトリクス状に配列されてEEPROMが構成される。 In this EEPROM, a memory cell 20 is formed with a channel, a source diffusion layer, and a drain diffusion layer on a semiconductor substrate, and a source / drain diffusion layer is formed between adjacent memory cells as shown in FIG. They are connected in series in a shared manner to form a NAND string. Drain diffusion layer of the one end of the NAND string is connected via a selection gate SG D to the bit line BL, and the source diffusion layer of the other end side is connected to the source line SL shared via a select gate SG S. The control gate CG of each memory cell is continuously arranged in the row direction and becomes a word line WL. An EEPROM is constructed by arranging a plurality of such memory cells in a matrix.

上記複数のワード線WLおよび選択ゲートSG、SGは、データの書き込み時、消去時、および読み出し時にそれぞれアドレス信号に基づいて選択駆動されるものであり、このアドレス信号はローデコーダ(図示せず)により供給される。また、ビット線BLにはセンスアンプ兼書き込み及び読み出し回路(図示せず)により所定の電圧を供給する。 The plurality of word lines WL and the selection gate SG D, SG S, at the time of writing data, erasing, and respectively at the time of read are those selected driven based on the address signal, the address signal causes a row decoder (not )). A predetermined voltage is supplied to the bit line BL by a sense amplifier / write / read circuit (not shown).

図2は図1のA−a線に沿って切断して示す、すなわちビット線方向の断面図である。図3は図1のB−b線に沿って切断して示す、すなわちワード線方向の断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line Aa of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line B-b of FIG.

図2のビット線方向および図3のワード線方向のメモリセルの断面構造において、p型のシリコンからなる基板100に素子分離用トレンチ溝が形成されており、このトレンチ溝内部には素子分離絶縁材料として、たとえばシリコン酸化膜が埋め込まれて素子分離層110を形成している。   In the cross-sectional structure of the memory cell in the bit line direction of FIG. 2 and the word line direction of FIG. 3, element isolation trench grooves are formed in a substrate 100 made of p-type silicon, and element isolation insulation is formed inside the trench grooves. As a material, for example, a silicon oxide film is embedded to form the element isolation layer 110.

このような素子分離層110が形成された基板上のチャネル領域全面にトンネル電流が流れ得る薄い絶縁膜として、たとえば厚さ10nm以下のシリコン酸化膜からなるトンネル絶縁膜120が形成されている。トンネル絶縁膜120の上部には、たとえば燐を高濃度に添加された多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコンの一部を結晶化した多結晶シリコンからなる第一の導電層130が形成されており、この第一の導電層130の側端部は図3に示すように素子分離層110の端部と同位置になっている。なお、多結晶シリコンおよびアモルファスシリコンの一部を結晶化した多結晶シリコンを以後総称してポリシリコンと呼ぶ。   A tunnel insulating film 120 made of a silicon oxide film having a thickness of 10 nm or less, for example, is formed as a thin insulating film through which a tunnel current can flow over the entire channel region on the substrate on which the element isolation layer 110 is formed. A first conductive layer 130 made of, for example, polycrystalline silicon doped with phosphorus at a high concentration or polycrystalline silicon obtained by crystallizing a part of amorphous silicon is formed on the tunnel insulating film 120. The side end portion of one conductive layer 130 is located at the same position as the end portion of the element isolation layer 110 as shown in FIG. Note that polycrystalline silicon obtained by crystallizing part of polycrystalline silicon and amorphous silicon is hereinafter collectively referred to as polysilicon.

第一の導電層130上には物理的、電気的に接続されて第二の導電層140が形成されており、これら第一の導電層130と第二の導電層140の積層構造により電荷蓄積層である浮遊ゲートFGが構成されている。   A second conductive layer 140 is formed on the first conductive layer 130 by being physically and electrically connected thereto, and charge accumulation is performed by a laminated structure of the first conductive layer 130 and the second conductive layer 140. A floating gate FG which is a layer is configured.

ビット線方向(図2)においても、ワード線方向(図3)においても各メモリセルにおける第二の導電層140の幅は第一の導電層130の幅よりも狭くなっている。第一の導電層130と第二の導電層140の境界部分は、第一の導電層130の上面よりも第二の導電層140の底面の幅が狭く、ステップが形成されている。   In both the bit line direction (FIG. 2) and the word line direction (FIG. 3), the width of the second conductive layer 140 in each memory cell is narrower than the width of the first conductive layer 130. At the boundary between the first conductive layer 130 and the second conductive layer 140, the width of the bottom surface of the second conductive layer 140 is narrower than the top surface of the first conductive layer 130, thereby forming a step.

第二の導電層140の上部および周辺部は電極間絶縁膜150により覆われている。   The upper part and the peripheral part of the second conductive layer 140 are covered with an interelectrode insulating film 150.

電極間絶縁膜150はたとえばシリコン窒素酸化膜からなる。この電極間絶縁膜は、シリコン窒素酸化膜でなくとも、たとえばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を複数層積層にした構造であってもよいし、シリコン酸化膜の一部を窒化した膜でもよい。また、第二導電層および第一導電層を形成するポリシリコンの一部を窒化して絶縁膜を形成してもよい。あるいは、いわゆる高誘電体膜としてたとえばアルミニウム酸化膜、ハフニウム酸化膜やこれらを含む積層膜、混合した膜や、これらの酸化膜の一部を窒化した膜などを用いてもよい。また、シリコン窒素酸化膜と高誘電体膜を組み合わせた構造でもよい。   The interelectrode insulating film 150 is made of, for example, a silicon nitrogen oxide film. The inter-electrode insulating film may be a structure in which, for example, a silicon oxide film and a silicon nitride film are stacked in multiple layers, or a film obtained by nitriding a part of the silicon oxide film, instead of the silicon nitrogen oxide film. In addition, the insulating film may be formed by nitriding a part of polysilicon forming the second conductive layer and the first conductive layer. Alternatively, for example, an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, a laminated film including these films, a mixed film, a film obtained by nitriding a part of these oxide films, or the like may be used as a so-called high dielectric film. Further, a structure in which a silicon nitrogen oxide film and a high dielectric film are combined may be used.

電極間絶縁膜を介してその上部にはたとえばポリシリコンからなる第三の導電層160からなる制御ゲートCGが形成されている。第一の導電層130の上面には第二の導電層140が直接形成されない領域があり、この領域には電極間絶縁膜150が形成されている。   A control gate CG made of, for example, a third conductive layer 160 made of polysilicon is formed above the interelectrode insulating film. There is a region where the second conductive layer 140 is not directly formed on the upper surface of the first conductive layer 130, and an interelectrode insulating film 150 is formed in this region.

ビット線方向(図2)における第一および第三の導電層は、その側端面が基板表面に対してほぼ垂直方向に一致するように自己整合的に加工されており、ビット線方向におけるゲート間にはn型拡散層が形成されている。   The first and third conductive layers in the bit line direction (FIG. 2) are processed in a self-aligned manner so that the side end faces thereof are substantially perpendicular to the substrate surface. Is formed with an n-type diffusion layer.

ワード線方向(図3)は、第三の導電層160からなる制御ゲートCGが直列に接続されたセル間で共有されている点でビット線方向(図2)と異なっている。   The word line direction (FIG. 3) differs from the bit line direction (FIG. 2) in that the control gate CG made of the third conductive layer 160 is shared between cells connected in series.

次に、実施例1における不揮発性半導体記憶装置の製造方法について、図4から図14を参照しながら説明する。   Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device in Example 1 will be described with reference to FIGS.

まず、半導体の基板100上にトンネル絶縁膜120を形成し、その上に第一の導電層130として不純物が添加された第一のポリシリコン層130aをCVD法(Chemical Vapor Deposition法)などを用いて堆積し、その上にマスク材としてレジストによるマスク層170を堆積する。(図4参照)。   First, a tunnel insulating film 120 is formed on a semiconductor substrate 100, and a first polysilicon layer 130a to which an impurity is added as a first conductive layer 130 is formed using a CVD method (Chemical Vapor Deposition method) or the like. Then, a resist mask layer 170 is deposited thereon as a mask material. (See FIG. 4).

次に、マスク層170、第一のポリシリコン層130a、トンネル絶縁膜120および基板100をその側端部位置が一致するようにエッチング除去してトレンチ溝を形成する。   Next, the mask layer 170, the first polysilicon layer 130a, the tunnel insulating film 120, and the substrate 100 are removed by etching so that the positions of the side end portions thereof coincide with each other to form a trench groove.

続いて、酸化処理あるいは表面改質等の処理を行ってトレンチ溝の側壁および第一のポリシリコン層の側壁表面を酸化してから、素子分離層110を全面に堆積し、例えばドライエッチングによるエッチバックあるいはCMP(Chemical Mechanical Polishing)による表面研磨によって素子分離層110を平坦化し、最終的にマスク層170の上面を露出させる。(図5参照)。   Subsequently, an oxidation process or a surface modification process is performed to oxidize the sidewalls of the trench grooves and the sidewalls of the first polysilicon layer, and then an element isolation layer 110 is deposited on the entire surface, and etched by, for example, dry etching. The element isolation layer 110 is planarized by back polishing or surface polishing by CMP (Chemical Mechanical Polishing), and finally the upper surface of the mask layer 170 is exposed. (See FIG. 5).

次にマスク層170を剥離して第一のポリシリコン層の上面を露出させた後、たとえばシリコン酸化膜からなる犠牲層180を、たとえば約300nm堆積する。(図6参照)。   Next, after peeling the mask layer 170 to expose the upper surface of the first polysilicon layer, a sacrificial layer 180 made of, for example, a silicon oxide film is deposited, for example, about 300 nm. (See FIG. 6).

ここで、犠牲層180上にレジストを塗布し、通常のフォトレジスト法を用いてマスクを加工し、第一のポリシリコン上の犠牲層180に対応した位置に孔部190を形成する。(図7参照)。   Here, a resist is applied on the sacrificial layer 180, and a mask is processed using a normal photoresist method, thereby forming a hole 190 at a position corresponding to the sacrificial layer 180 on the first polysilicon. (See FIG. 7).

このとき、孔部190のビット線方向の幅およびワード線方向の幅は、各メモリセルにおける第一のポリシリコンのビット線方向の幅およびビット線方向の幅未満とする。このような第一のポリシリコンよりも細い孔部190を形成するための詳細な製造方法の一例を図8を用いて説明する。   At this time, the width in the bit line direction and the width in the word line direction of the hole 190 are set to be smaller than the width in the bit line direction and the width in the bit line direction of the first polysilicon in each memory cell. An example of a detailed manufacturing method for forming such a hole 190 thinner than the first polysilicon will be described with reference to FIG.

図8(d−2)に示すように、まず第一の犠牲膜180aを堆積し、通常のフォトリソグラフィー法を用いて孔部190aを形成する。このとき、孔部190aの幅は、第一のポリシリコンのビット線方向の幅およびワード線方向の幅と同じかあるいはそれよりも広い幅でかまわない。この孔部190aを含む全面にCVD法などを用いてたとえばシリコン酸化膜からなる第二の犠牲膜180bを形成する。このとき第二の犠牲膜180bは孔部190aを完全に埋め込まず、孔部の側壁および底部にのみ堆積したところで成膜をストップし、図8(d−2)のような形状とする。   As shown in FIG. 8D-2, first, a first sacrificial film 180a is deposited, and a hole 190a is formed using a normal photolithography method. At this time, the width of the hole 190a may be equal to or wider than the width in the bit line direction and the width in the word line direction of the first polysilicon. A second sacrificial film 180b made of, for example, a silicon oxide film is formed on the entire surface including the hole 190a using a CVD method or the like. At this time, the second sacrificial film 180b does not completely embed the hole 190a, but stops deposition when it is deposited only on the side wall and bottom of the hole, resulting in the shape shown in FIG. 8D-2.

続いて、CDE法やRIE法などのエッチング法などを用いて第二の犠牲膜180bのうち、孔部190aの底に、第二の導電層120の一部が露出する孔部190bを形成する。(図8(d−2)参照)。このように第一の犠牲膜180aおよび第二の犠牲膜180bを用いることにより、第一のポリシリコン層のビット線方向の幅およびワード線方向の幅よりも細い孔部190を形成することが可能となる。   Subsequently, a hole 190b in which a part of the second conductive layer 120 is exposed is formed in the bottom of the hole 190a in the second sacrificial film 180b by using an etching method such as a CDE method or an RIE method. . (See FIG. 8 (d-2)). As described above, by using the first sacrificial film 180a and the second sacrificial film 180b, the hole 190 narrower than the width in the bit line direction and the width in the word line direction of the first polysilicon layer can be formed. It becomes possible.

ここで、孔部190bすなわち孔部190の側壁の形状は、図7に示すような直線でなくともよい。また、孔部190は上部にいくほど幅が広いテーバー形状であっても、逆テーパー形状であってもかまわない。また、孔部190の側壁に凸凹が形成されていてもかまわない。   Here, the shape of the side wall of the hole 190b, that is, the hole 190 may not be a straight line as shown in FIG. Further, the hole 190 may have a Taber shape that is wider toward the top, or may have a reverse taper shape. Further, unevenness may be formed on the side wall of the hole 190.

次に、形成された孔部190に、第一のポリシリコン層を核として利用した選択成長により第二の導電層140となる第二のポリシリコン層を形成する。選択成長による第二のポリシリコン層は高濃度の燐をドーパントとして含んでいる。   Next, a second polysilicon layer to be the second conductive layer 140 is formed in the formed hole 190 by selective growth using the first polysilicon layer as a nucleus. The second polysilicon layer formed by selective growth contains a high concentration of phosphorus as a dopant.

この燐をドーピングされた第二のポリシリコン層の選択成長の方法は以下のとおりである。   The method of selective growth of the second polysilicon layer doped with phosphorus is as follows.

図7に示すような表面に孔部190を有する基板をLPCVD炉に搬送し、原料ガスとしてジクロロシラン(DCS)、塩化水素(HCl)、フォスフィン(PH)を基板表面に供給する。このとき、雰囲気ガスに水素(H)あるいは窒素(N)などを含んでいてもかまわない。成膜時の基板温度は約600℃から約900℃とし、圧力は約5Torrから50Torrとし、成膜されたポリシリコン中の燐の濃度は1x1020cm−3以上であった。このとき燐をドーピングされたポリシリコンは約2nm/minから約10nm/minの成膜速度で成長し、成膜時間を制御することにより孔部190中に形成される第二のポリシリコン層の高さは、あらかじめ形成された孔部190の高さによって制御できる。ここで、孔部190を形成するための犠牲膜180を厚く堆積し、孔部190の高さを300nm以上にしておくことによって、形成される第二のポリシリコン層の厚さも300nm以上に制御することが可能である。 A substrate having a hole 190 on the surface as shown in FIG. 7 is transferred to an LPCVD furnace, and dichlorosilane (DCS), hydrogen chloride (HCl), and phosphine (PH 3 ) are supplied to the substrate surface as source gases. At this time, the atmosphere gas may contain hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), or the like. The substrate temperature during film formation was about 600 ° C. to about 900 ° C., the pressure was about 5 Torr to 50 Torr, and the phosphorus concentration in the formed polysilicon was 1 × 10 20 cm −3 or more. At this time, the polysilicon doped with phosphorus grows at a deposition rate of about 2 nm / min to about 10 nm / min, and the second polysilicon layer formed in the hole 190 is controlled by controlling the deposition time. The height can be controlled by the height of the hole 190 formed in advance. Here, a thick sacrificial film 180 for forming the hole 190 is deposited, and the height of the hole 190 is set to 300 nm or more, whereby the thickness of the second polysilicon layer to be formed is also controlled to 300 nm or more. Is possible.

また、選択成長が可能な成膜条件を用いることにより、孔部190以外のたとえば犠牲膜180の表面には第二のポリシリコン層が堆積されない。(図9参照)。   Further, by using film formation conditions that allow selective growth, the second polysilicon layer is not deposited on the surface of the sacrificial film 180 other than the hole 190, for example. (See FIG. 9).

ここで、孔部190にテーパーあるいは凸凹が形成されている場合でも、第二のポリシリコン層は孔部190を埋めこむ形状に選択成長させることができる。   Here, even when the hole 190 is tapered or uneven, the second polysilicon layer can be selectively grown in a shape that fills the hole 190.

また、孔部にテーパー形状や凸凹がある場合には、実効的に第二の導電層140の表面積を大きくする効果があり好ましい場合もある。   In addition, when the hole has a tapered shape or unevenness, there is an effect that the surface area of the second conductive layer 140 is effectively increased, which may be preferable.

また、第二のポリシリコン層が孔部190を形成する犠牲膜180の膜厚以上に選択成長した場合には、その後でCMPなどを用いて第二のポリシリコン層表面を平坦化することができる。この平坦化を行うことによって、異なるメモリセルの第二の導電層140の高さを均一にすることができるので好ましい。   In addition, when the second polysilicon layer is selectively grown beyond the thickness of the sacrificial film 180 that forms the hole 190, the surface of the second polysilicon layer can be planarized using CMP or the like thereafter. it can. This planarization is preferable because the height of the second conductive layer 140 of different memory cells can be made uniform.

このような選択成長により形成された第二のポリシリコン層は、第一の導電膜と電気的、物理的に接続した第二の導電層140となる。   The second polysilicon layer formed by such selective growth becomes the second conductive layer 140 electrically and physically connected to the first conductive film.

ここで、第二のポリシリコン層を選択成長する際に、第一のポリシリコン層の上面を薬品処理して清浄化することによりわずかな酸化膜が第一のポリシリコン層上に形成され、第一のポリシリコン層と第二のポリシリコン層の間に極めて薄い酸化膜が挟まれた形状となる場合がある。しかし、この酸化膜はきわめて薄いため、電気的導通には問題はなく、第一のポリシリコン層と第二のポリシリコン層は同電位に保たれる。 Here, when the second polysilicon layer is selectively grown, a slight oxide film is formed on the first polysilicon layer by cleaning the upper surface of the first polysilicon layer by chemical treatment, In some cases, an extremely thin oxide film is sandwiched between the first polysilicon layer and the second polysilicon layer. However, since this oxide film is very thin, there is no problem in electrical conduction, and the first polysilicon layer and the second polysilicon layer are kept at the same potential.

ここで、孔部190を形成するために用いられた犠牲膜180をフッ酸を含む溶液などを用いたウェットエッチング法またはCDEなどを用いたドライエッチング法により剥離する。(図10参照)このとき、前述したように、孔部190の形成時に第一の犠牲膜180aおよび第二の犠牲膜180bを用いた場合には、第一および第二の犠牲膜180a、180bも同様に剥離される。 Here, the sacrificial film 180 used to form the hole 190 is removed by a wet etching method using a solution containing hydrofluoric acid or the like, or a dry etching method using CDE or the like. (See FIG. 10) At this time, as described above, when the first sacrificial film 180a and the second sacrificial film 180b are used when forming the hole 190, the first and second sacrificial films 180a and 180b are used. Are also peeled off in the same manner.

続いて第二のポリシリコン層の上部および周囲を含む全面に、電極間絶縁膜150を堆積する。(図11参照)電極間絶縁膜150として、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜からなる積層構造を用いてもよいし、シリコン酸化膜を堆積し、窒化処理を施すことによりシリコン窒化酸化膜を形成してもよい。また、いわゆる高誘電体膜(たとえばアルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、あるいはこれらの酸化窒化物、窒化物、さらにこれらの混合、積層した膜など)を用いてもよい。また、これらを組み合わせた積層構造や、混相膜にしてもよい。   Subsequently, an interelectrode insulating film 150 is deposited on the entire surface including the upper part and the periphery of the second polysilicon layer. (See FIG. 11) As the interelectrode insulating film 150, a laminated structure composed of a silicon nitride film and a silicon oxide film may be used, or a silicon oxide film is deposited and subjected to nitriding to form a silicon nitride oxide film. May be. Further, a so-called high dielectric film (for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxynitride or nitride thereof, or a mixture or stacked film thereof) may be used. Moreover, you may make the laminated structure which combined these, or a mixed phase film.

続いて、高濃度の燐をドーパントとして含む第三のポリシリコン層からなる第三の導電層160をCVD法などを用いて全面に堆積する。(図12参照)この第三の導電層160が制御ゲートCGとなる。このとき、第三の導電層160の上部にシリサイドなどの低抵抗膜(図示せず)を堆積してもよい。さらに、ビット線方向に各メモリセルを分離するゲート加工を行い、基板100に拡散層200を形成するためのイオン注入を行い、トランジスタを形成しメモリセル構造を完成させる。(図2および図3参照)。   Subsequently, a third conductive layer 160 made of a third polysilicon layer containing a high concentration of phosphorus as a dopant is deposited on the entire surface by CVD or the like. (See FIG. 12) This third conductive layer 160 becomes the control gate CG. At this time, a low resistance film (not shown) such as silicide may be deposited on the third conductive layer 160. Further, gate processing for separating each memory cell in the bit line direction is performed, and ion implantation for forming the diffusion layer 200 is performed on the substrate 100 to form a transistor, thereby completing the memory cell structure. (See FIGS. 2 and 3).

このような実施例1によるメモリセルは次のような特徴を有している。実施例1の形態によるメモリセルでは、電極間絶縁膜150が第三の導電層160により覆われており、電気的シールド効果により隣接セル間の寄生容量が遮蔽されセルに影響しない。これにより隣接セル間の干渉効果をきわめて小さく抑制できる構造となる。第一の導電層130の膜厚を第二の導電層140の高さに比較して小さく制御することにより、さらに隣接セル間の干渉効果を抑制することができる。   The memory cell according to the first embodiment has the following characteristics. In the memory cell according to the first embodiment, the interelectrode insulating film 150 is covered with the third conductive layer 160, and the parasitic capacitance between adjacent cells is shielded by the electrical shielding effect and does not affect the cell. Thereby, it becomes a structure which can suppress the interference effect between adjacent cells very small. By controlling the film thickness of the first conductive layer 130 to be smaller than the height of the second conductive layer 140, the interference effect between adjacent cells can be further suppressed.

また、実施例1による製造方法では、第二の導電層140の高さは選択成長により制御することが可能となり、従来のCVD法では埋め込むことが困難であった高アスペクト比を有する孔部にも第二の導電層を形成することが可能となる。   Further, in the manufacturing method according to Example 1, the height of the second conductive layer 140 can be controlled by selective growth, and the hole portion having a high aspect ratio that was difficult to be embedded by the conventional CVD method is used. It is also possible to form the second conductive layer.

さらに、第二の導電層の高さの制御により浮遊ゲートの面積を制御することが可能となり、カップリング比を大きくすることができる。また、第二の導電層140の幅が第一の導電層130よりも狭いことにより、電極間絶縁膜150およびその上部の第三の導電層160の埋め込み特性が向上する効果がある。   Furthermore, the area of the floating gate can be controlled by controlling the height of the second conductive layer, and the coupling ratio can be increased. Further, since the width of the second conductive layer 140 is narrower than that of the first conductive layer 130, there is an effect that the embedding characteristics of the interelectrode insulating film 150 and the third conductive layer 160 thereabove are improved.

図13を用いて本発明の実施例2について説明する。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

実施例2においては、実施例1における燐を添加した第二のポリシリコン層のかわりに、不純物を意図的に導入していないポリシリコン層を選択成長により形成し、その後でイオンドーピング法によってポリシリコン層中に不純物を添加している点で実施例1と異なっている。   In the second embodiment, instead of the second polysilicon layer to which phosphorus is added in the first embodiment, a polysilicon layer into which impurities are not intentionally introduced is formed by selective growth, and thereafter, a polysilicon layer is formed by ion doping. The difference from Example 1 is that an impurity is added to the silicon layer.

実施例2における構造は実施例1と同様であり、ここでは改めて説明をしない。また、実施例2における製造方法は、実施例1の第二の導電層140の形成方法を除く部分については実施例1と同様であり、ここでは説明を省く。   The structure in the second embodiment is the same as that of the first embodiment and will not be described again here. The manufacturing method in Example 2 is the same as that in Example 1 except for the method for forming the second conductive layer 140 in Example 1, and the description thereof is omitted here.

図13(a)を参照する。実施例1と同様に孔部190を有する基板をLPCVD炉に搬送し、原料ガスとしてジクロロシラン(DCS)および塩化水素(HCl)ガスを基板表面に供給する。基板温度は約700℃から約800℃とし、圧力は約5Torrから約20Torrとした。このときの成膜速度約3nm/minから約20nm/minで第二のポリシリコン層が成長し、膜中のドーパント濃度は1x1019cm−3以下であった。このとき、素子分離層110であるシリコン絶縁膜の上部あるいは犠牲膜180上には、第二のポリシリコン層の堆積はおこらず、孔部190の内部のみにポリシリコンが選択成長された。 Reference is made to FIG. As in Example 1, the substrate having the holes 190 is transferred to an LPCVD furnace, and dichlorosilane (DCS) and hydrogen chloride (HCl) gas are supplied to the substrate surface as source gases. The substrate temperature was about 700 ° C. to about 800 ° C., and the pressure was about 5 Torr to about 20 Torr. At this time, the second polysilicon layer grew at a deposition rate of about 3 nm / min to about 20 nm / min, and the dopant concentration in the film was 1 × 10 19 cm −3 or less. At this time, the second polysilicon layer was not deposited on the silicon insulating film or the sacrificial film 180 as the element isolation layer 110, and polysilicon was selectively grown only in the hole 190.

次に、図14(b)に示すように、燐イオンをイオンドーピング処理によって第二のポリシリコン層に注入する。   Next, as shown in FIG. 14B, phosphorus ions are implanted into the second polysilicon layer by ion doping.

その後、CMP法などの手法を用いて第二のポリシリコン層の表面を平坦化し、第二の導電層140の形状を均一化する。   Thereafter, the surface of the second polysilicon layer is flattened using a technique such as a CMP method, and the shape of the second conductive layer 140 is made uniform.

ここで第二のポリシリコン層中にドーピングされたイオンを活性化するための活性化熱処理を加えてもよい。また、後の工程における熱処理時に同時に活性化をおこなってもよい。   Here, an activation heat treatment for activating ions doped in the second polysilicon layer may be added. Further, activation may be performed at the same time as heat treatment in a later step.

実施例2のメモリセルの形態は実施例1と同様の効果がある。さらに、実施例2の製造方法を用いることにより、成膜と同時に不純物を添加する成膜方法に比較して、成膜速度を速くすることが可能となり、生産性が向上する。   The form of the memory cell of the second embodiment has the same effect as that of the first embodiment. Further, by using the manufacturing method of Example 2, it is possible to increase the film formation rate and improve the productivity as compared with the film formation method in which impurities are added simultaneously with film formation.

本発明は以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、実施例2では燐イオンをドーピングしたが、これは砒素でもよいし、また、ボロンなどを用いることにより浮遊ゲートをp型にしてもよい。   The present invention is not limited to the above configuration, and various modifications are possible. For example, in Embodiment 2, phosphorus ions are doped, but this may be arsenic, or the floating gate may be made p-type by using boron or the like.

図14を用いて本発明の実施例3について説明する。   A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

実施例3においては、第二の導電層140を形成する方法において、ドーパントを意図的に導入しない第二のポリシリコン層を選択成長させている点で実施例2と同様である。ただし、実施例2ではイオン注入を用いてドーパントを導入させたが、実施例3ではガス相から不純物を添加するガスドーピング法を用いている点で異なっている。   The third embodiment is the same as the second embodiment in that the second polysilicon layer not intentionally introducing the dopant is selectively grown in the method of forming the second conductive layer 140. However, the dopant was introduced by ion implantation in Example 2, but Example 3 differs in that a gas doping method in which impurities are added from the gas phase is used.

実施例3における構造、および第二の導電層140の製造方法を除く部分については実施例1と同様であり、ここでは改めて説明しない。   The structure in Example 3 and the part other than the method for manufacturing the second conductive layer 140 are the same as in Example 1, and will not be described again here.

また、実施例3における、不純物を添加しないポリシリコンを孔部190に選択成長により形成するプロセスについては実施例2と同様であり、ここでは改めて説明しない。   Further, the process of forming polysilicon without adding impurities in the hole 190 by selective growth in the third embodiment is the same as that of the second embodiment, and will not be described here again.

図14を参照する。基板上の孔部190のみに第二のポリシリコン層が選択成長された基板を真空装置内に搬送し、たとえば不活性ガスあるいは水素で希釈されたフォスフィンガス(PH)あるいはAsHガスにおいて基板に熱処理を行う。このドーピング処理はポリシリコンの選択成長と連続して行ってもよい。この熱処理により、燐あるいは砒素がドーパントとして導入される。 Refer to FIG. The substrate on which the second polysilicon layer is selectively grown only in the hole 190 on the substrate is transported into the vacuum apparatus, for example, in phosphine gas (PH 3 ) or AsH 3 gas diluted with an inert gas or hydrogen. Heat treatment is performed on the substrate. This doping process may be performed continuously with the selective growth of polysilicon. By this heat treatment, phosphorus or arsenic is introduced as a dopant.

その後、CMP法などの手法を用いて第二の電導膜140の表面を平坦化し、第二の電導膜140の形状を均一化する。   Thereafter, the surface of the second conductive film 140 is flattened using a technique such as a CMP method, and the shape of the second conductive film 140 is made uniform.

実施例3のメモリセルの形態は実施例1と同様の効果がある。さらに、実施例3の製造方法を用いることにより、成膜と同時に不純物を添加する成膜方法に比較して、成膜速度を速くすることが可能となり、生産性が向上する。   The form of the memory cell of the third embodiment has the same effect as that of the first embodiment. Further, by using the manufacturing method of Example 3, it is possible to increase the film formation speed and improve the productivity as compared with the film formation method in which impurities are added simultaneously with film formation.

本発明は以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、実施例2では燐イオンをドーピングしたが、ボロンなどを含むガスを用いることにより浮遊ゲートをp型にしてもよい。   The present invention is not limited to the above configuration, and various modifications are possible. For example, although phosphorus ions are doped in the second embodiment, the floating gate may be made p-type by using a gas containing boron or the like.

実施例1ないし実施例3では、第二導電層140にポリシリコン層を用いたが、実施例4では第二導電層140の少なくとも一部にシリコンゲルマニウム(SiGe)を用いている点で異なっている。   In the first to third embodiments, a polysilicon layer is used for the second conductive layer 140. However, the fourth embodiment is different in that silicon germanium (SiGe) is used for at least a part of the second conductive layer 140. Yes.

シリコンゲルマニウムを用いることにより、ポリシリコンと同等の選択性を有する選択成長が可能であり、さらにポリシリコンよりも成膜速度が速く生産性が向上する。また、シリコンゲルマニウムはポリシリコンと比較して高温処理耐性が高く、サーマルバジェットが高い不揮発性半導体記憶装置とその製造方法において特に有効となる。   By using silicon germanium, selective growth having selectivity equivalent to that of polysilicon is possible, and the deposition rate is higher than that of polysilicon, and the productivity is improved. Silicon germanium is particularly effective in a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, which have higher resistance to high temperature processing than polysilicon and high thermal budget.

実施例4における不揮発性半導体装置の全体構造は実施例1における図1と同様でありここではあらためて説明しない。実施例4における不揮発性半導体記憶装置の断面構造を図15に示す。実施例4において実施例1と異なるのは、第二導電層140にシリコンゲルマニウムを用いている点である。図15に示すように、第二導電層をシリコンゲルマニウム層210からなる構造とする。   The overall structure of the nonvolatile semiconductor device in the fourth embodiment is the same as that of FIG. 1 in the first embodiment, and will not be described again here. FIG. 15 shows a cross-sectional structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that silicon germanium is used for the second conductive layer 140. As shown in FIG. 15, the second conductive layer has a structure composed of a silicon germanium layer 210.

次に、実施例4における製造方法を図16を用いて説明する。ただし、第二の導電膜140の製造方法を除く部分については、実施例1と同様であり、ここでは改めて説明しない。   Next, the manufacturing method in Example 4 is demonstrated using FIG. However, the portions other than the method for manufacturing the second conductive film 140 are the same as those in the first embodiment, and will not be described again here.

図16を参照する。図7と同様に形成した表面に孔部190を有する基板100をLPCVD炉に搬送し、原料ガスとしてジクロロシラン(DCS)およびゲルマン(GeH)およびフォスフィン(PH)ガスを基板表面に供給する。(図16(a)参照)。基板温度は約700℃から800℃とし、圧力は約5Torrから約20Torrとした。このとき成膜速度は約3nm/minから約30nm/minでシリコンゲルマニウムが成長し、シリコンゲルマニウム中のゲルマニウム濃度は、成膜時のガス流量を制御することにより約10atomic%から約80atomic%とすることができる。このとき、素子分離層110であるシリコン絶縁膜の上面には、シリコンゲルマニウムの堆積はおこらず、孔部190の内部のみにシリコンゲルマニウムが選択成長させることができる。(図16(b)参照)。 Refer to FIG. The substrate 100 having the hole 190 on the surface formed in the same manner as in FIG. 7 is transferred to the LPCVD furnace, and dichlorosilane (DCS), germane (GeH 4 ), and phosphine (PH 3 ) gas are supplied to the substrate surface as source gases. . (See FIG. 16 (a)). The substrate temperature was about 700 ° C. to 800 ° C., and the pressure was about 5 Torr to about 20 Torr. At this time, silicon germanium grows at a deposition rate of about 3 nm / min to about 30 nm / min, and the germanium concentration in the silicon germanium is controlled to about 10 atomic% to about 80 atomic% by controlling the gas flow rate during film formation. be able to. At this time, silicon germanium is not deposited on the upper surface of the silicon insulating film which is the element isolation layer 110, and silicon germanium can be selectively grown only inside the hole 190. (See FIG. 16 (b)).

その後、CMP法などの手法を用いてシリコンゲルマニウムからなる第二の導電膜140の表面を平坦化し、第二の導電膜140の形状を均一化する。   Thereafter, the surface of the second conductive film 140 made of silicon germanium is planarized using a technique such as a CMP method, and the shape of the second conductive film 140 is made uniform.

続いて第二の導電膜140上を含む全面に電極間絶縁膜を形成する。この後の工程は実施例1と同様であるのでここでは説明しない。   Subsequently, an interelectrode insulating film is formed on the entire surface including the second conductive film 140. Since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, they will not be described here.

実施例4のメモリセルの形態は実施例1と同様の効果がある。さらに、実施例4の製造方法を用いることにより、実施例1ないし実施例3における成膜方法に比較して、成膜速度を速くすることが可能となり、生産性が向上する。また、シリコンゲルマニウムはシリコンに比較して成膜時の熱容量が少なく、半導体装置の製造工程においてデバイス性能改善等のため熱容量を少なく抑えたい場合はとくに有効である。   The form of the memory cell of the fourth embodiment has the same effect as that of the first embodiment. Furthermore, by using the manufacturing method of the fourth embodiment, it becomes possible to increase the film forming speed as compared with the film forming method in the first to third embodiments, and the productivity is improved. Silicon germanium has a smaller heat capacity at the time of film formation than silicon, and is particularly effective when it is desired to reduce the heat capacity in order to improve device performance in the manufacturing process of a semiconductor device.

本発明は以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、図17(a)に示すように、第一の導電層130の上部に、ポリシリコン層140bとさらにその上部にシリコンゲルマニウム210bからなる第二の導電層をそれぞれ選択成長により形成することも可能であるし、図17(b)に示すように、第一の導電層130上に、シリコンゲルマニウム210cと、さらにその上部にポリシリコン層140cからなる第二の導電層をそれぞれ選択成長により形成することも可能である。また、図17(c)に示すように、第一の導電層130上にポリシリコン140d、シリコンゲルマニウム層210d、ポリシリコン層140eの3層構造からなる第二の導電層をそれぞれ選択成長により形成してもよい。   The present invention is not limited to the above configuration, and various modifications are possible. For example, as shown in FIG. 17A, a polysilicon layer 140b and a second conductive layer made of silicon germanium 210b may be formed on the first conductive layer 130 by selective growth. As shown in FIG. 17B, a second conductive layer made of silicon germanium 210c and a polysilicon layer 140c is formed on the first conductive layer 130 by selective growth. It is also possible to do. Also, as shown in FIG. 17C, a second conductive layer having a three-layer structure of polysilicon 140d, silicon germanium layer 210d, and polysilicon layer 140e is formed on the first conductive layer 130 by selective growth. May be.

シリコンゲルマニウムの上部にポリシリコン層を堆積することにより、電極間絶縁膜とシリコンゲルマニウムが直接接触せず、電極間絶縁膜の成膜時に表面流動をおこしたり、電極間絶縁膜の膜質を劣化したり、界面に電荷が蓄積されるなどの影響を抑制することができる。また、シリコンゲルマニウムの下部にポリシリコン層を堆積する構造により、第一の導電層上に直接シリコンゲルマニウムを選択成長させる場合に懸念される第一の導電層の流動化などを抑制することができる。   By depositing a polysilicon layer on top of silicon germanium, the interelectrode insulating film and silicon germanium are not in direct contact with each other, causing surface flow during the formation of the interelectrode insulating film or degrading the film quality of the interelectrode insulating film. Or the effects of charge accumulation at the interface can be suppressed. In addition, the structure in which the polysilicon layer is deposited below the silicon germanium can suppress fluidization of the first conductive layer, which is a concern when silicon germanium is selectively grown directly on the first conductive layer. .

図18から図19を用いて、本発明の実施例5について説明する。   A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

実施例1ないし実施例4では、ドレイン側選択ゲートSGおよびソース側選択ゲートSGSはメモリセル20と同様に第一の導電層130上に第二の導電層140を選択成長させた構造となるが、実施例5ではドレイン側選択ゲートSGは第二の導電層140を形成せず、第一の導電層130のみからなる構造を有する点で異なっている。 In Examples 1 to 4, a drain side selection gate SG D and the source side selection gate SGS is the second conductive layer 140 is selectively grown on the first conductive layer 130 similarly to the memory cell 20 structure There, the drain-side select gate SG D example 5 is different in that it has a second without forming the conductive layer 140, the structure comprising only the first conductive layer 130.

実施例5にかかる不揮発性半導体記憶装置の平面構成図は実施例1における図1と同様であり、ここでは改めて説明しない。また、実施例5におけるメモリセルの断面構造は、実施例1における図2および図3と同様であり、ここでは改めて説明しない。   The plan configuration diagram of the nonvolatile semiconductor memory device according to the fifth example is the same as that of FIG. 1 in the first example, and will not be described again here. Further, the cross-sectional structure of the memory cell in the fifth embodiment is the same as that in FIGS. 2 and 3 in the first embodiment, and will not be described again here.

図18を参照する。図18は、図1のメモリセルアレイにおけるC−c線に沿って切断して示す、すなわちドレイン側選択ゲートSG部分におけるワード線方向の断面図である。図19は、図1におけるD−d線に沿って切断して示す、すなわちドレイン側選択ゲートSG部分におけるビット線方向の断面図である。ドレイン側選択ゲートSGは第一の導電層130と第三の導電層150によって構成され、第一の導電層130上には第二の導電層は形成されない。 Please refer to FIG. Figure 18 shows cut along the C-c line in the memory cell array of FIG. 1, namely a cross-sectional view in a word line direction of the drain side select gate SG D moiety. Figure 19 shows cut along the D-d line in Figure 1, i.e. a cross-sectional view of a bit line direction of the drain side select gate SG D moiety. The drain side select gate SG D is constituted by the first conductive layer 130 and the third conductive layer 150, on the first conductive layer 130 and the second conductive layer is not formed.

このように選択ゲートSGにもメモリセル部と同様の浮遊ゲートを形成することができる。このような構造の場合には、選択ゲートSGに一旦書き込みをして閾値を設定した後にメモリセル部への書き込みをするなどの方法を取ることができる。 Thus it is possible to form a selection gate SG same floating gate and the memory cell section in D. In such a structure may take the methods such as writing to a memory cell portion after setting the threshold value once the write to the select gate SG D.

また、セルアレイにおける選択ゲートSGの任意の位置に第一の導電層と電気的にコンタクトがとれる構造にすること(図示せず)も可能である。 Also, be any electrical contact can take structure and the first conductive layer at the position of the select gate SG D in the cell array (not shown) is also possible.

このような構造にすることで、ドレイン側選択ゲートSGの閾値の制御が容易になる効果があり、メモリセルアレイの微細化が容易になる。 With such a structure, has the effect of control of the threshold of the drain side select gate SG D becomes easy, miniaturization of the memory cell array is facilitated.

ソース側選択ゲートSG部分の断面もドレイン側選択ゲートSGD部分の断面構造と同様にすることができる。 Section of the source side select gates SG S moiety may also be similar to the cross-sectional structure of the drain side select gate SGD portion.

図20から図21を用いて、本発明の実施例6について説明する。   A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

実施例1ないし実施例4では、ドレイン側選択ゲートSGおよびソース側選択ゲートSGはメモリセル20と同様に第二の導電層140上に電極間絶縁膜150を解して第三の導電層160を備え、第一および第二の導電層からなる浮遊ゲートと第三の導電層からなる制御ゲートを有する構造となるが、実施例6ではドレイン側選択ゲートSGおよびソース側選択ゲートSGは電極間絶縁膜中に開口部を設け、第一、第二、および第三の導電層が電気的に短絡した構造を有する点で異なっている。 The third conductive construed Example in 1 to Example 4, the drain side select gate SG D and the source side selection gate SG S interelectrode insulating film 150 on the second conductive layer 140 similarly to the memory cell 20 a layer 160, but the floating gate consisting of first and second conductive layer and a structure having a control gate formed of the third conductive layer, the drain side select example 6 gates SG D and the source side selection gate SG S differs in that an opening is provided in the interelectrode insulating film and the first, second, and third conductive layers are electrically short-circuited.

実施例6にかかる不揮発性半導体記憶装置の平面構成図は実施例1における図1と同様であり、ここでは改めて説明しない。また、実施例6におけるメモリセルの断面構造は、実施例1における図2および図3と同様であり、ここでは改めて説明しない。   The plan configuration diagram of the nonvolatile semiconductor memory device according to Example 6 is the same as FIG. 1 in Example 1, and will not be described here again. Further, the cross-sectional structure of the memory cell in the sixth embodiment is the same as that in FIGS. 2 and 3 in the first embodiment, and will not be described again here.

図20を参照する。図20は、図1のメモリセルアレイにおけるC−c線に沿って切断して示す、すなわちワード線方向のドレイン側選択ゲートSG部分における断面図である。図21は、図1におけるD−d線に沿って切断して示す、すなわちビット線方向のドレイン側選択ゲートSG部分における断面図である。ドレイン側選択ゲートSGは電極間絶縁膜中に開口部を設け、第一の導電層130、第二の導電層140および第三の導電層160とが電気的に短絡し接続されている。このような構造にすることで、ドレイン側選択ゲートSGおよびソース側選択ゲートSGの閾値の制御が容易になる効果があり、メモリセルアレイの微細化が容易になる。 Refer to FIG. Figure 20 shows cut along the C-c line in the memory cell array of FIG. 1 is a cross-sectional view i.e. in the drain side select gate SG D of the word line direction. Figure 21 shows cut along the D-d line in Figure 1, i.e. a cross-sectional view of the drain side select gate SG D portion of the bit line direction. The drain side select gate SG D is an opening provided in the insulating film, the first conductive layer 130, a second conductive layer 140 and the third conductive layer 160 are electrically short-circuited to connect. With such a structure, there is a threshold effect control is facilitated in the drain side select gate SG D and the source side selection gate SG S, miniaturization of the memory cell array is facilitated.

ソース側選択ゲートSG部分の断面もドレイン側選択ゲートSG部分の断面構造と同様にすることができる。 Section of the source side select gates SG S moiety may also be similar to the cross-sectional structure of the drain side select gate SG D moiety.

本発明は以上の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、実施例1ないし実施例6では第二の導電層としてポリシリコンあるいはシリコンゲルマニウムを形成したが、第二の導電層は選択成長プロセスを用いて形成される金属材料、たとえばタングステンやモリブデンなどでもよい。これらのポリシリコンよりも仕事関数の小さい材料を第二の導電層に選択成長させることにより、電極間絶縁膜のリーク電流を抑制できる効果がある。また、実施例1ないし実施例6において説明する構造およびプロセスを適宜組み合わせて実施することも可能である。   The present invention is not limited to the above configuration, and various modifications are possible. For example, in the first to sixth embodiments, polysilicon or silicon germanium is formed as the second conductive layer. However, the second conductive layer may be formed of a metal material formed using a selective growth process, such as tungsten or molybdenum. Good. By selectively growing a material having a work function smaller than that of the polysilicon on the second conductive layer, there is an effect of suppressing the leakage current of the interelectrode insulating film. In addition, the structures and processes described in Embodiments 1 to 6 can be combined as appropriate.

実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の平面図。1 is a plan view of a nonvolatile semiconductor memory device according to Example 1. FIG. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図。1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to Example 1. FIG. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図。1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to Example 1. FIG. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the first embodiment. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the first embodiment. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the first embodiment. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the first embodiment. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the first embodiment. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the first embodiment. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the first embodiment. 実施例1に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the first embodiment. 実施例2に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a nonvolatile semiconductor memory device according to Example 2. FIG. 実施例3に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a nonvolatile semiconductor memory device according to Example 3. FIG. 実施例4に係る不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to Example 4; 実施例4に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the fourth embodiment. 実施例4に係る不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to Example 4; 実施例5に係る不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to a fifth embodiment. 実施例5に係る不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to a fifth embodiment. 実施例6に係る不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to Example 6. 実施例6に係る不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to Example 6.

符号の説明Explanation of symbols

10 メモリセルアレイ
20 メモリセル
SDG ドレイン側選択ゲート
SDS ソース側選択ゲート
BL ビット線
WL ワード線
SL ソース線
CG 制御ゲート
FG 浮遊ゲート
100 基板
110 素子分離層
120 トンネル絶縁膜
130 第一の導電層
140 第二の導電層
140a〜140e ポリシリコン層
150 電極間絶縁膜
160 第三の導電層
170 マスク層
180 犠牲膜
180a 第一の犠牲膜
180b 第二の犠牲膜
190 190a 190b 孔部
200 拡散層
210 210a〜210cシリコンゲルマニウム層
10 memory cell array 20 memory cell SDG drain side selection gate SDS source side selection gate BL bit line WL word line SL source line CG control gate FG floating gate 100 substrate 110 element isolation layer 120 tunnel insulating film 130 first conductive layer 140 second Conductive layer 140a-140e polysilicon layer 150 interelectrode insulating film 160 third conductive layer 170 mask layer 180 sacrificial film 180a first sacrificial film 180b second sacrificial film 190 190a 190b hole 200 diffusion layer 210 210a-210c Silicon germanium layer

Claims (5)

半導体基板と、
前記半導体基板上にトンネル絶縁膜を介してその上部に備えられ、第一の導電層と前記第一の導電層の上部に接続された第二の導電層からなる浮遊ゲートと、
前記浮遊ゲートの上部に形成された電極間絶縁膜と、
前記電極間絶縁膜の上部に形成された制御ゲートからなり、
前記第二の導電層は、制御ゲート幅方向に沿った断面における幅も、制御ゲート長方向に沿った断面における幅も前記第一の導電層の幅よりも狭いことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A semiconductor substrate;
A floating gate comprising a first conductive layer and a second conductive layer connected to an upper portion of the first conductive layer on the semiconductor substrate via a tunnel insulating film;
An interelectrode insulating film formed on the floating gate;
A control gate formed on the interelectrode insulating film;
The non-volatile semiconductor characterized in that the second conductive layer has a width in a cross section along the control gate width direction and a width in a cross section along the control gate length direction smaller than the width of the first conductive layer. Storage device.
前記第二の導電層は前記第一の導電層を核として利用した選択成長によって形成されることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second conductive layer is formed by selective growth using the first conductive layer as a nucleus. 半導体の基板上にトンネル絶縁膜、第一の導電層、およびマスク層を順に形成する工程と、
前記基板上の一部領域にある前記マスク層、前記第一の導電層、前記トンネル絶縁膜および前記基板の一部を順次除去してトレンチ溝を形成する工程と、
前記トレンチ溝の内部を含んで前記基板に素子分離層を形成する工程と、
前記素子分離層の上部に犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜の一部に孔部を形成し、前記第一の導電層の一部を露出する工程と、前記孔部に第二の導電層を選択的に形成する工程と、
前記犠牲膜を除去する工程と
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
Forming a tunnel insulating film, a first conductive layer, and a mask layer in order on a semiconductor substrate;
Forming a trench groove by sequentially removing the mask layer, the first conductive layer, the tunnel insulating film, and a part of the substrate in a partial region on the substrate;
Forming an element isolation layer on the substrate including the inside of the trench groove;
Forming a sacrificial film on the element isolation layer;
Forming a hole in a part of the sacrificial film and exposing a part of the first conductive layer; selectively forming a second conductive layer in the hole;
And a step of removing the sacrificial film. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
前記孔部に第二の導電層を選択的に形成する工程は、
n型あるいはp型の不純物を添加した前記第二の導電層を前記第一の導電層上に選択的に形成する工程、あるいは、
前記第二の導電層を前記第一の導電層上に選択的に形成した後で、前記第二の導電層にn型あるいはp型の不純物を添加する工程
からなることを特徴とする請求項3記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
Selectively forming the second conductive layer in the hole,
selectively forming the second conductive layer doped with n-type or p-type impurities on the first conductive layer, or
2. The method according to claim 1, further comprising the step of adding an n-type or p-type impurity to the second conductive layer after selectively forming the second conductive layer on the first conductive layer. 3. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to 3.
前記不揮発性半導体記憶装置は、浮遊ゲートおよび制御ゲートを有する複数のMOSFETが直列に接続されて構成されたNAND型フラッシュメモリを備えることを特徴とする請求項1ないし4の不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法。 5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a NAND flash memory configured by connecting a plurality of MOSFETs each having a floating gate and a control gate in series. Its manufacturing method.
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